无线传感器网络连续监测湿地水质异常数据的检测与处理_以西溪湿地为例.pdfVIP

第12 卷第5 期 湿 地 科 学 Vol.12 No.5 2014 年10 月 WETLAND SCIENCE October 2014 DOI: 10.13248/ki.wetlandsci.2014.05.012 无线传感器网络连续监测湿地水质异常数据的 检测与处理——以西溪湿地为例 1,2 1,2 1,2* 陈平林 ，蒋锦刚 ，刘 婷 (1. 杭州师范大学遥感与地球科学研究院，浙江杭州310036 ； 2. 浙江省城市湿地与区域变化研究重点实验室，浙江杭州310036) 摘要：为了保证无线传感网水质连续观测数据的有效性，针对数据序列中存在的异常数据问题，提出了基于差 分分析的数据分段处理方法。该方法在连续观测数据一阶、二阶差分平稳性特征的基础上，利用差分序列分段 统计参数进行质量控制。该方法主要针对全局差分统计质量控制的缺点，根据不同时间段的数据特征，进行有 效的数据异常信息检测与质量控制。选取西溪湿地水质指标叶绿素a 和蓝藻的监测数据进行分析验证，结果表 明，文中提出的方法能对异常数据进行有效地检测和处理。 关 键 词：无线传感器网络；连续观测数据；质量控制；差分；西溪湿地 中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1672-5948(2014)05-618-06 水环境状况是湿地生态环境健康最重要的影 缺点，高频连续的监测获得的大量数据往往具有 响因子[1,2] ，湿地水环境影响着湿地生态系统的理 一定的误差，还有可能出现异常值，为了得到更可 化性质、维持生态系统的能量循环，并能调节湿地 靠的数据分析结果，需要研究合适的异常数据处 的植被群落结构和特征及下垫面性质[3] 。湿地水 理方法。目前常用的异常数据处理方法包括极值 体监测是保护水资源环境的重要手段，通过湿地 法、一致性检验、3δ检验法和相关性检验等。 水体监测能及时了解湿地水质改善状况，有效保 本研究在差分分析的基础上，针对监测数据 护湿地环境并恢复重建生态功能[4,5] 。 的特点，提出了利用数据序列的变化特点进行分 传统的水质监测方法主要是人工采样分析 段处理，改进了差分相关的异常数据检测与处理 法，可以获得较高精度的数据，但是由于人力和物 方法。以西溪湿地水体叶绿素a 和蓝藻为例进行 力等条件的限制，监测工作仅限于方便采样的地 试验分析，结果表明该方法对于离异点的检测和 点，监测频率较少，间隔时间长，无法及时监测水 处理非常有效，可以为传感网连续监测数据的异 污染的情况[6] 。无线传感器网络是面向应用的系 常信息检测与处理提供参考。 统，被认为是近年来最具影响力的技术之一。在 1 材料与方法 环境监测领域，无线传感器网络的研究越来越多， 包括室内环境监测、对动植物的生长和活动环境 1.1 研究区 的监测、检测土壤保证农作物质量以及泥石流和 西溪湿地位于杭州市西部，是中国乃至世界 洪水监测等[7] 。针对湿地水域面积较小、水域数量 上为数不多的典型城市湿地[8] 。西溪湿地公园是 较多和水环境复杂的特点，将无线传感网应用到 国内第一个也是唯一一个集城市湿地、农耕湿地 湿地水质监测上逐渐成为研究的热点。它具有系 和文化湿地于一体的国家湿地公园[9] ，是杭州陆地 统成本低，监测点分布范围广，对湿地生态环境影 生态系统的重要组成部分，也是杭州城区唯一保 响小等特点。无线传感器网络监测也存在一定的 护较好的河流湿地[10,11] 。 收稿日期：2013-11-20 ；修订日期：2014-08-18 基金项目：浙江省重